总线答案全部

第一章第一章 1 1 现场总线的概念现场总线的概念 现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式 双向传输 多分支结构的通信网络 2 2 现场总线系统体系结构现场总线系统体系结构 最底层是 Infranet 控制网 各控制器节点下放分散到现场 构成一种彻底的分布式控制系 统体系结构 3 3 现场总线控制系统的发展趋势现场总线控制系统的发展趋势 1 现场总线的国际标准还会增加 2 实时工业以太网还要发展 3 现场总线的通信安全问 题将成为研究热点 4 无线通信正在展露头角 5 现场总线控制系统是全面数字化 网络 化的控制系统 6 现场总线控制系统的网络结构向简单化的方向发展 7 现场总线控制系 统大量采用成熟 开放 通用的技术 4 4 现场总线控制系统的技术特点现场总线控制系统的技术特点 1 系统的开放性 2 可互操作性和互用性 3 系统结构高度分散 设备必须是微机化的智 能设备 4 良好的现场环境的适应性 5 连接在总线上的个节点智能化设备具有相同体系 结构和相同的对等层协议 5 5 现场总线与局域网的区别现场总线与局域网的区别 功能方面 现场总线传输速率低 但实时性高 局域网传输速率高 但不要求实时性 实现方式 现场总线实现成本低 局域网实现成本高 第二章第二章 1 1 数据通信的基本概念数据通信的基本概念 1 信息信息是指有用的知识 网络通信的目的就是为了交换信息 数据数据是信息的表达方式 信信 号号是数据在传输过程中的电磁波表示形式 2 模拟信号模拟信号是指信号的因变量随时间连续变化 的信号 数字信号数字信号是指信号的因变量不随时间连续变化的信号 通常表现为离线的脉冲形 式 3 码元码元是时间轴上的一个信号编码单元 4 发送方将要发送的数据转换成信号通过物理 信道传送到数据接收方的过程称为数据通信 数据通信 5 在数据通信中 通常将数据的发送方称为 信源信源 将数据的接收方称为信宿信宿 在信源与信宿之间建立的一条传送信号的物理通道 称 为信道 信道 2 2 通信方式 理解串行 通信方式的含义 掌握串行通信的三种方式通信方式 理解串行 通信方式的含义 掌握串行通信的三种方式 1 串行通信 串行通信 串行通信方式只需要在收发双方之间建立一条通信通道 2 并行通信 并行通信 并行通信方式必须在收发双方之间建立并行的多条通信通道 对于远程通信来说 在同样传输速率的情况下 并行通信在单位时间内所传送的码元数是 串行通信的 n 倍 3 三种串行通信方式 单工通信方式单工通信方式中信号只能向一个方向传输 半双工通信方式半双工通信方式中信号可以双向传送 但必须交替进行交替进行 全双工通信方式全双工通信方式中信号可以同时双向传送 3 3 掌握数字通信系统的质量指标掌握数字通信系统的质量指标 比特率比特率 指单位时间内传送的二进制数列的位数 度量通信系统每秒传送的信息量 用S 每秒比特数 bps 表示 波特率波特率 指数字信号经过调制后的传输速率 即每秒传输的脉冲 波形 信号个数 通B 过信号传输的码元数 若以来表示每个波形的持续时间 则调制速率可以表示为 T s 比特率与波特率之间的关系为 为一个脉冲信号所表示的有效1 BT 2 logSBn n 状态数 误码率 误码率 指二进制比特在数据传输系统中被传错的概率 又称 出错率 其定义式为 为传输的二进制的总数 表示被传错的比特数 ee PNN N e N 信道容量信道容量 一般指物理信道上传输数据的最大能力 用户比特率 S 表示 数字信道的容量 用信道的数据速率表示 而模拟信道的容量用带宽表示 带宽 带宽 指物理信道的频带宽度 即可送信号的最高频率与最低频率之差 2 之间的关系之间的关系 带宽和数据传输速率都是用来度量实际传输能力的 带宽一般用来表示 传输介质和模拟信号的传输能力 而数据传输速率一般表示数字通信系统的传输能力 信 道的带宽大 信道容量也大 传输速率相应也高 3 延迟指将一个比特从一端传输到另一端所花费的时间 抖动指在同一条路由上发送数 据包之间的时间差异 吞吐量值网络中发送数据包的速率 丢包率指在发送数据包时丢弃 数据包的最高比例 4 4 数据传输方式 基带传输和宽带传输数据传输方式 基带传输和宽带传输 基带传输 基带传输 是一种传输方式 数字信号通过直流脉冲被发送 这种直流形式需要独占电线 的容量 因此基带系统一次仅能传输一个信号或一个信道 基带系统中每个设备都共享相 同的信道 基带传输易衰减影响 宽带传输 宽带传输 是一种传输形式 使用射频模拟脉冲 信号被调制到不同频率范围 宽带技术 不涉及数字脉冲 1 宽带系统能同时接入几个信道 因而能够比基带系统传输更多的数据 2 在宽带系统中 信号只能单向传输 3 宽带传输通常比基带传输昂贵得多 4 宽带系统能够比基带系统跨越更远的距离 5 5 调制方式 幅度调制 频率调制和相位调制调制方式 幅度调制 频率调制和相位调制 幅度调制 幅度调制 幅度调制也叫振幅键控 ASK 频率和相位为常量 幅度随发送的数据而变化 幅度调制方式易受突发性干扰的影响 不是一种理想的调制方式 频率调制 频率调制 频率调制也叫频率键控 FSK 振幅和相位为常量 频率为变量 频率调制实 现简单 比幅度调制具有更强的抗干扰性 是一种常用的调制方法 相位调制 相位调制 相位调制也叫相位键控 PSK 振幅和频率为常量通过控制或改变正弦载波信 号的相位表示二进制数据 6 6 数据同步方式 同步方式和异步方式 掌握其基本区别数据同步方式 同步方式和异步方式 掌握其基本区别 异步传输 异步传输 一次只传输一个字符 每个字符用一位起始位引导 一位停止位结束 每个信 息都加上了 同步 信息 同步传输 同步传输 为使接收方能判定数据的开始和结束 需在每个数据块的开始处和结束处各加 一个帧头和帧尾 加有帧头 帧尾的数据称为一帧 所有设备都使用一个共同的时钟 所 有传输的数据位都和这个时钟信号同步 即传输的每个数据位只在时钟信号条边之后的一 个规定时间内有效 7 7 曼彻斯特和差分曼彻斯特编码的判定曼彻斯特和差分曼彻斯特编码的判定 1 曼彻斯特编码编码规定在每个码元的中间发生跳变 高低的跳变表示 0 低 高的跳变表示 1 2 查分曼彻斯特编码在每个码元之间发生跳变 不同之处在于用 码元开始处有无跳变来表示 0 和 1 码元开始处有跳变表示 0 码元开始处无跳 变表示 1 8 8 模拟信号的数字信号编码 采样 量化 编码模拟信号的数字信号编码 采样 量化 编码 采样 采样 按一定间隔对语音对语音信号进行采样 将模拟信号的电平幅度值取出来作为样本 量化 量化 是将每个样本舍入到量化级别上 编码 编码 是对每个舍入后的样本进行编码 即用相应位数的二进制代码表示量化后的采样样 本的量级 9 常用多路复用技术的种类 常用多路复用技术的种类 1 频分多路复用 2 时分多路复用 3 波分多路复用 10 常用数据交换技术 电路交换 报文交换和分组交换 常用数据交换技术 电路交换 报文交换和分组交换 1 电路交换 就是在两个用户要进行通信时 首先建立一条临时的专用路线 用户通信 独占这条路线 不与其他用户共享 知道通信一方释放这条专用线路 电路交换的特点 建立时间长 线路利用率低 无纠错机制 传输延迟小 2 报文交换 是以报文为单位进行存储交换的技术 报文交换的缺点是 报文大小不一 造成缓冲区管理复杂 大报文造成存储转发的时间延长 出错后整个报文需重发 3 分组交换 首先把要传输的报文分成若干个小的数据块 称为分组 然后以分组为单 位按照与报文交换同样的方法进行传输 数据传输前不要建立一条端到端的通路 具有以 下优点 存储量要求较小 可以用内存来缓冲分组 速度快 转发延时小 适用于交互式 通信 某个分组出错仅重发该组 效率高 各分组可通过不同的路径传输 可靠性高 有 强大的纠错机制 流量控制和路由选择功能 11 常用差错检测技术及常用的纠错方法 常用差错检测技术及常用的纠错方法 答 差错检测 1 奇偶校验码 原始数据为 1100010 增加偶校验位后的数据为 11100010 如果接收方收到的字节奇偶不正确 则错误 2 循环冗余码 让校验码能为 某一约定代码所除尽 除得尽则表明代码正确 纠错方法 重发纠错 自动纠错方式 混合纠错 12 常用的有线传输介质及其特点和使用场合 常用的有线传输介质及其特点和使用场合 答 1 双绞线 同轴电缆 光纤 2 特点特点 双绞线 1 双绞线即可用于点对点的连接 也可用于多点连接 2 双绞 线的传输速率覆盖很宽的范围 可从 10Mbps 到数 Gbps 3 双绞线的抗干扰能力视其是 否有良好的屏蔽和设置地点而定 误码率在 10 5 10 1 4 双绞线适合近距离 环境单 纯的局域网络系统 5 双绞线可用来传输数字信号和模拟信号 6 双绞线可用于总线型 星型和环型等拓扑结构 尤其适用于由集线器 交换机组成的星型网络 7 双绞线由于价 格便宜 安装与维护相对容易 所以得到广泛的应用 8 双绞线技术发展很快 同轴电缆 1 同轴电缆可应用于点到点及多点配置 2 典型基带电缆的最大距离限 于数 km 而宽带网络可延伸数十 km 的范围 3 同轴电缆的抗干扰性取决于应用和现实 一般对于较高频率来说 它优于双绞线的抗干扰性 安装质量好的通州电缆成本介于双绞 线和光缆之间 光纤 1 光纤利用全反射来传输经信号编码的光束 2 光纤使用在点到点的链路上 3 光纤具有低功率 低衰减特性和更宽的带宽潜力 4 光纤不受电磁干扰或噪声的影响 5 光纤能支持 6 8km 距离范围内的传输而不用转发器 3 适用地点适用地点 双绞线适合近距离 环境单纯的局域网络系统 同轴电缆适用于干扰 小噪声低的环境里 允许衰减小 光缆适用于通过点对点链路连接的几个建筑物内的局域 网 13 局域网的主要用途有哪些 局域网的主要用途有哪些 答 1 共享功能 2 客户 服务器计算模式 3 局域通信功能 4 为接入 Internet 等广域网 做准备 14 局域网的主要技术特点局域网的主要技术特点 答 1 具有更高的传输速率 2 通常多个站共享一个传输介质 3 误码率低 4 具有较低 的时延 5 具有高可靠性和安全性 易于扩缩和管理等多种特性 15 局域网的基本组成局域网的基本组成 答 1 个人计算机是 LAN 的一种必不可少的构件 2 计算机互连在一起 当然也不能没有传输介质 这种介质可以使同轴电缆 双绞线 光缆或辐射性介质 3 第三个构件是任何一台独立计算机通常都不配备的网卡 也称为网络适配器 4 第四个构件是将计算机与传输介质相连的各种连接设备 如 DB 15 插头座 RJ 45 插头座等 16 局域网常用的拓扑结构局域网常用的拓扑结构 答 1 星型拓扑结构 如果所有的计算机都练到一个中心节点上 则称这个网络采用了星型拓扑结构 中心 节点的设备通常由主机或集线器来担当 优点 利用中央节点可以方便地提供服务和重新配置网络 单个连接点的故障只影响 一个设备 不会影响全网 容易检测和隔离故障 可以再不影响系统其它设备工作的情况 下 非常容易地增加或减少设备 故而便于维护 因其任何一个连接只涉及中央节点和每 一个站点 因此控制介质访问的方法很简单那 访问协议也很十分简单 缺点 每个站点直接与中央节点相连 需要大量电缆 会增加费用 如果中央节点产 生故障 则整个系统便趋于瘫痪 所以对中央节点的可靠性要求很高 2 环型拓扑结构 环型网络由连线成封闭回路的网络节点组成 每一节点与它左右相邻的节点相连接并 最终形成一个 环状 结构 优点 能高速运行 而且为了避免碰撞 其结构相当的简单 缺点 由于环上的传输的任何报文都必须穿过所有的断电 所以一旦环的某一点断开 环上所有断电见的通信便会终止 3 总线型拓扑结构 总线型拓扑结构式使用同一个介质或者电缆连接所有端用户的一种方式 也就是说 连接端用户的物理介质 称为总线 由所有设备共享 优点 电缆长度短 费用低 易于布线和维护 结构简单 数据端用户入网灵活 站 点或某个端用户失效不影响其他站点或端用户 通信的传输介质是无源元件 从硬件的角 度看 十分可靠 缺点 因为总线拓扑网络不是集中控制的 所以故障检测需要在网上的各个站点上进 行 在拓展总线的干线长度时 需要新配置中继器 裁剪电缆 调整终端器等 一次仅能 使一个端用户发送数据 其他端用户必须等待直接忽的发送权 总线上的站点需要具有介 质访问控制功能 这就增加了站点的硬件和软件费用 17 名词解释 名词解释 CSMA CAMA CD CSMA 这种用侦听通道情况以决定是否发报的方法 称为载波侦听多址访问 CSMA CD 为尽量避免由于竞争引起的碰撞 每个工作站在发送信息之前 都要侦听传输 线上是否有信息在发送 这种方式称为带碰撞检测的载波侦听多址访问 18 令牌控制方式的种类 令牌控制方式的种类 答 1 令牌环方式 2 令牌传递总线方式 19 令牌传递总线介质访问控制应具备的功能令牌传递总线介质访问控制应具备的功能 令牌传递算法令牌传递算法 逻辑环按递减的站地址次序组成 刚发完帧的站将令牌传给后继站 后 继站应立即发送数据或令牌帧 原先释放令牌的站侦听到总线上的信号 便可以确认后继 站获得了令牌 逻辑化的初始化逻辑化的初始化 网络开始启动时 或者由于某种原因 在运行中所有 站点活动的时间超过规定的时间 都需要进行逻辑环的初始化 初始化的过程是一个争用 的过程 争用的结果是只有一个站能获得标记 其他的站用站插入算法插入 站插入算站插入算 法法 逻辑环上的每个站应周期性地使新的站有机会插入环中 当同时有几个站要插入时 可以采用带有响应窗口的争用处理算法 退出环路退出环路 一个工作站需能将其自身从环路中 退出 并将其先行站和后继站连接起来 恢复恢复 网络中可能发现差错 特别是丢失的令 牌能够恢复 在多重令牌情况下能够识别处理 20 OSI 参考模型 掌握每层的名称及基本功能 参考模型 掌握每层的名称及基本功能 物理层 其目的是在数据链路实体之间转送原始的二进制比特流 主要提供在数据终端 设备和数据电路段接设备之间的接口 规定了为正确传送二进制位信号进行建立 维持和 释放物理信道提供机械 电气 功能和规程方面的手段 数据连接层 实现数据链路的建立 数据传输与数据链路的释放 以及信息帧发送过程 中的流量控制与差错控制功能 保证信息帧在数据链路上的正确传输 网络层 选择合适的路由 为传输层提供整个网络范围内两个终端用户之间数据传输的 通路 传输层 优化网络层提供的服务质量 会话层 实现两主机之间原始报文的传输 表示层 数据转换 数据加密和数据压缩等 应用层 为应用进程提供访问 OSI 环境的手段 是用户使用 OSI 功能的唯一窗口 21 数据链路层要解决的主要问题有哪些 数据链路层要解决的主要问题有哪些 答 1 成帧 数据链路层把比特流分成离散的帧 并对每一帧计算出校验和 当每一帧 到达目的地后重新计算校验和 如果新计算出的校验和与帧中所包含的校验和不同 数据 链路层就知道出错了 从而进行某种差错处理 因此 将比特流分成帧很重要 成帧有很 多方法 如字符计数法 带字符填充的首尾界符法 带位填充的首尾标志法等 2 流量控制 为了防止快的发送方 淹没 慢的接收方 通常引入流量控制来限制发送 方所发出的流量数据 是发送速率不超过接收方能处理的速率 这通常需要引入某种反馈 机制 如发送方在未获得接收方允许之前禁止发出下一帧 3 差错控制 为了保证接收方能将接收无误的帧按正确的顺序交给网络层 通常采用的 方法是重传受损或丢失的帧 这就要求接收方 发回应答帧 若发送方收到了关于某帧的 肯定应答 则知道次帧已正确送达 若收到否定应答或未收到应答 则说明此帧发送出错 需要重发 在发送方引入定时器可用于判断帧是否丢失 若由于超时 未收到已发送帧被 正确接收的应答帧 则重发丢失的帧 为了防止收到重复帧 通常对发出的各帧进行编号 这样接收方就能辨别收到的是重复帧还是新帧 22 数据链路层为网络层提供的服务类型 数据链路层为网络层提供的服务类型 1 无确认的无连接服务发送前不建立数据链路连接 需要通信时 发送方的数据链路层 可直接发送任意长的信息 传输时接收方也不应答 出错和数据丢失时也不做处理 这种 服务质量低 适合于线路误码率很低或对传送实时性要求很高 如语音 的场合 2 有确认的无连接服务发送前不建立数据链路连接而直接发送数据 接收数据链路层能 接受帧并校验 如果正确 则返回应答帧 不能接受或接收后校验不正确 则返回否定应 答 发送端要么重发 要么暂不发送数据 这种服务适用于不可靠信道的信号传输 3 有确认的面向连接的服务进行一次数据传送分为三个阶段 数据链路建立 数据帧传 送和数据链路的释放 面向连接的服务在数据传送阶段对每个帧都要确认 发送方收到确 认后才能发送发一个帧 这种服务的质量最好 23 网络层主要解决的问题 网络层主要解决的问题 1 路由选择 路由选择是网络层提供的最重要的一项服务 如何在源节点和目标节点之 间找到一条最佳的或合适的路径就是网络层路由选择算法所要解决的问题 对路由选择算法的要求是 正确性 简单性 健壮性 稳定性 公平性和最优化 路由选 择算法分为静态路由选择算法和动态路由选择算法两大类 静态路由选择算法是预先配置 好的 它只考虑了网络的静态拓扑结构 动态路由选择算法可以根据网络拓扑结构和网络 流量动态调整其路由选择 2 流量控制 网络层中的流量是指计算机网络中的通信量 即网络中的报文流或分组流 当网络中流量过大时 就会导致网络节点不能及时地处理和转发所收到的分组 从而增加 信息的传输时延 在网络传输过程中 网络的吞吐量随输入负载的增大而下降 现象称为 拥塞 当输入负载增大到一定程度 网络吞吐量下降到零 网络不能工作 网络产生死锁 流量控制的功能就是要防止网络由于过载而引起网络数据吞吐量下降和时延增加 避免死 锁 公平的在互相竞争的用户之间分配资源 24 会话连接和传输连接的对应关系 会话连接和传输连接的对应关系 1 一个会话连接对应一个传输连接 2 多个会话连接对应一个传输连接 即当一个会话连接结束后 不释放对应的传输连接 而使下一个会话连接继续使用该连接 3 一个会话连接对应多个传输连接 即当会话对应的传输连接出现故障时 会话层又建 立一条新的传输连接 25 常用的网络互连设备有哪些 其主要功能有哪些 常用的网络互连设备有哪些 其主要功能有哪些 答 1 中继器与网桥 中继器可以连接两个局域网的电缆 重新定时并再生电缆上的数字 信号 然后发送出去 增加局域网的覆盖区域 网桥可以连接完全不同的局域网适配器和 介质访问控制协议的局域网段 只要它们使用相同的通信协议就可以 网桥是中继器的功 能改进 2 网桥与路由器 网桥在转发数据时并不了解转发帧中高层协议的信息 这使它可以同时 以同种方式处理 IP IPX 等协议 它还提供了将无路由协议的网络分段的功能 路由器处 理网络层的数据 很容易互连不同的数据链路层 可以用作各网络段之间的安全隔离设备 允许管理员将一个网络分成多个子网 这种体系结构可以适应多种不同的拓扑结构 3 中继器 集线器和交换机 在星型网络拓扑结构中 传统集线器和交换机都可以作为连 接网络的中间节点 起着放大信号的作用 在集线器上增加线路交换功能和网络分段来提 高传输宽带 4 交换机与路由器 路由器能够提供构成企业网安全控制策略的一系列入控制机制 路由 器对任何数据包都有一个处理过程 即使是同一目的地址发出的数据包 也重复相同的过 程 5 路由器与网关 网关可以实现具有不同高层协议的网络之间的互连且可以使用任何互联 线路而不管任何基础协议 而路由器一般只能互连网络层协议不同的逻辑子网 网关具有 对不兼容的高层协议进行转换的功能 网关要求修改信息格式 使之符合接收端的要求 26 交换式控制网络相对于共享式控制有哪些技术特点 交换式控制网络相对于共享式控制有哪些技术特点 答 1 交换式控制网络具有高的传输带宽 2 交换式控制网络容量大 采用交换设备 构建控制网络 具有组网方便的优点 3 能提供无拥塞的服务于多对端口之间的同时通 信 4 支持虚拟网络服务 降低了网络成本 提高了网络灵活性 5 可靠性高 27 常用的交换技术有那些常用的交换技术有那些 1 直通交换技术 采用直通交换方式的网络交换机就像在输入端口和输出端口之间有一 水平和垂直交叉的线路矩阵 在输入端口检测到一个数据包后 网络交换机的控制器只要 检查数据包头 取出目的地址 通过内部的动态查找表换算成相应的输出端口 在输入与 输出交叉处连通 然后把数据包转发到相应的输出端口 从而完成交换工作 2 储存转发交换方式 网络交换机的交换控制中心先将输入端口的单报文或数据包缓存 起来 检测循环冗余码 滤掉错误包 确定包正确后 取出正确地址 通过查找表转换成 发送的输出端口地址 然后将该包发送出去 第三章第三章 1 串行通信和并行通信的优点及缺点串行通信和并行通信的优点及缺点 串行 优点 使用的传输设备成本低 可利用现有的通信手段和通信设备 适合计算机的 远程通信 缺点 速度慢 并行 优点 速度快 缺点 使用的传输设备成本高 适合近距离的数据传送 2 名词解释 名词解释 UART DTE DCE UART 能够完成串并转换功能的电路称为通用异步收发器 DTE 数据终端设备 具有一定的数据处理能力和数据收发能力的设备 DCE 数据通信设备 3 同步通信和异步通信的优缺点 同步通信和异步通信的优缺点 同步通信 优点 速度比异步传输快 缺点 必须要用一个时钟来协调收发器的工作 所 以设备比较复杂 异步通信 优点 设备结构简单 缺点 速度较慢 4 异步串行通信 通信速率的计算 异步串行通信 通信速率的计算 传输数据的格式为 起始位 传送字符 校验位 停止位 假设传输时使用了 1 个起始位 8 个传送字符 1 个停止位 0 个校验位 所以此时最小的传输单元是以 10 为单位的 已知 传输速率 则可以使用计算出通信速率 10 传输速率 5 RS 232C 的连接方式 的连接方式 1 载波检测 2 接受数据 3 传送数据 4 数据终端准备好 5 地 6 数据准备好 7 请求发送 8 允许发送 9 振铃提示 5 RS 232C 的电气特性的电气特性 逻辑 1 MARK 3V 15V 逻辑 0 SPACE 3 15V 在 RTS CTS DSR DTR 和 DCD 等控制线上电平定义 信号有效 接通 ON 状态 正电压 3V 15V 信号无效 断开 OFF 状态 负电压 3V 15V 6 RS 232C 接口标准的不足之处接口标准的不足之处 1 接口的信号电平值较高 易损坏接口电路的芯片 又因为与 TTL 电平不兼容故需使用 电平转换电路方能与 TTL 电路连接 2 传输速率较低 在异步传输时 波特率 20Kbps 3 接口使用一根信号线和一根信号返回线而构成共地的传输形式 这种共地传输 容易产生共模干扰 所以抗噪声干扰性弱 4 传输距离有限 最大传输距离标准值为 50 英尺 实际 15 米 7 RS 485 的电气特性的电气特性 RS 485 的电气特性 发送端 逻辑 1 以两线间的电压差 2 至 6 V 表示 逻辑 0 以两线间的电压差 2 至 6 V 表示 接收端 A 比 B 高 200mV 以上即认为是逻 辑 1 A 比 B 低 200mV 以上即认为是逻辑 0 8 RS 232 与与 RS 485 的应用场合的应用场合 RS 232 用于与调制解调器 打印机以及其他 pc 外设之间的通信 RS 485 适用于多主机 驱动器工业环境 包括 过程自动化 工业自动化等 9RS 485 应用中 故障保护盒和光电隔离的用途 使用故障保护的芯片 会在总线开路 短路和空闲情况下 使接收器的输出为高电平 确 保总线空闲 短路时接受器输出高电平是通过改变接收器输入门限来实现 光电隔离是通过光耦将信号隔离 彻底消除共模电压的影响 9 MODBUS 的诗句传输方式的诗句传输方式 RTU 方式和 ASCLL 方式 10 MODBUS 的消息帧的类型及其基本含义的消息帧的类型及其基本含义 ASCII 帧 消息以冒号 字符开始 以回车执行符结束 其他域可以使用的传输字符是 十六进制中的 0 9 和 A F RTU 帧 传输的第一个域是设备地址 可以使用的传输字符是十六进制中的 0 9 和 A F 地址域 消息帧的地址包含两个字符 ASCII 或八位 RTU 可能的从设备手 0 247 十 进制 单个设备的地址范围是 1 247 数据域 数据域是由连个十六进制组合构成的 范围为 00 ff 根据网络传输模式 这可以 由一对 ASCII 字符组成或有一 RTU 字符组成 11 MODBUS 的错误检测方法的错误检测方法 MODBUS 有两种错误检测方式 奇偶校验对每个字符都可用 帧检测 LRC 或 CRC 应 用于整个消息 奇偶校验 用户可以配置控制器是奇检验 偶检验或无检验 指定奇或偶检验 1 的位 数将算到每个字符的位数中 如果没有指定奇偶校验 传输时没有校验位 代替一个附加 的停止位填充至要传输的字符帧中 LRC 检测 LRC 域检测了信息域中除开始的冒号及结束的回车换行号外的内容 CRC 检测是先调入一个值全是 1 的 16 位寄存器 然后调用一个工程将信息中连续的 8 位字节和当前寄存器中的值进行处理 第四章第四章 1 PROFIBUS 的分类的分类 1 PROFIBUS UP PROFIBUS UP 用于传感器和执行器级的高速数据传输 以 DIN 19245 的第一部分为基础 根据所需要达到的目标对通信功能加以扩充 PROFIBUS UP 主 要应用于制造业自动化系统中的单元级和现场级通信 2 PROFIBUS PA PROFIBUS UP 是 PROFIBUS 的过程自动化解决方案 适用于化工 石油 冶金等行业的过程自动化控制系统 3 PROFIBUS FMS PROFIBUS FMS 主要解决车间一级通用性通信任务 完成中等传 输速度进行的循环和非循环的通讯任务 可用于大范围和复杂的通信系统 2 光纤连接技术光纤连接技术 1 光链路模块技术 OLM Optical Link Module 2 光链路插头技术 OLP Optical Link Plug 3 集成的光纤电缆连接 3 MBP 含义及其主要技术特点含义及其主要技术特点 含义 采用 Manchester 编码 M 和 总线供电 BP 每段只有一个电源作为供电装置 站收发消息时不向总线供电 每站现场设备所消耗的位常量稳态基本电流 现场设备的作 用如同无源的电流吸收装置 主总线两端起无源终端线作用 允许使用总线型 树型和星 型网络 为提高可靠性设计时采用冗余的总线段 通信信号是发送设备发出的调制信号 特点 1 每段只有一个电源作为供电装置 2 当站收发信息时 不向总线供电 3 每站现场设备的作用如同无源的电流吸收装置 4 主总线两端起无源终端线作用 5 允许使用总线型 树型和星型网络 6 为了提高可靠性 设计时可采用冗余的总线段 7 通信信号是发送设备发出的调制信号 4 本质安全 本征安全本质安全 本征安全 本质安全 对于现场总线来见讲在特定的测试条件中产生的火花或热效应不足以引起爆炸 就称这个线路是本质安全的 本征安全 现场总线的本征安全性是一个系统的本质安全的一个部分 在控制领域爆炸性 环境中使用的设备 如果整个系统中含有的设备都是具有本质安全特性的 那么这个系统 就具有本征安全性 5 PROFIBUS 总线访问协议的特点总线访问协议的特点 1 主站或从站可以在任何时间点接入或断开 FDL 将自动重新组织令牌环 2 令牌环调度确保每个主站有足够的时间履行它的通信任务 用户必须计算全部目标令 牌环时间 T TR 3 总线访问协议有能力发现故障的站 失效的令牌 重复的令牌 传输错误和其他所有 可能的网络失败 4 所有信心在传输过程中确保高安全度以免传输错误 海明距离 HD 4 6 PROFIBUS 所支持的系统结构所支持的系统结构 1 纯主 从系统 2 纯主 主系统 带令牌传递 3 混合系统 7 PROFIBUS 的报文格式的报文格式 1 无用户数据信息 长度固定的报文 SD1DASAFCFCSED 2 有用户数据信息 长度固定的报文 SD3DASAFCDSAPDSAPData unitFCSED 3 有用户数据信息 长度可变的报文 SD2LELErSD2DASAFCDSAPDSAPData unitFCSED 4 短应答 SC 5 令牌报文 SD4DASA 8 PROFIBUS DP 系统的设备类型有哪些系统的设备类型有哪些 1 DP 主站 1 类 DPM1 1 类 DP 主站是中央处理器 2 DP 主站 2 类 DPM2 2 类主站是编程器 组态设备或操作面板 3 DP 从站 DP 从站是进行输入 输出信息采集和发送的外围设备 如 I O 设备 驱动 器 HMI 阀门 变送器 分析装置等 9 PROFIBUS DP 的基本功能由哪些的基本功能由哪些 1 DP 主站和 DP 从站间的数据传输 2 控制命令 3 诊断功能 4 安全性功能 5 系统行为 6 识别号 10 扩展的扩展的 DP 功能允许进行的操作功能允许进行的操作 扩展的 DP 功能允许在主站与从站间传送非循环的读和写功能及警报 1 使用槽号和索 引编址 2 DPM1 与从站间非循环的数据传输 3 DPM2 与从站间非循环的数据传输 11 SIMATIC NET 解决方案允许使用的通信技术有哪些解决方案允许使用的通信技术有哪些 1 MPI 协议 MPI 通信 2 PROFIBUS 3 工业以太网 4 点对点连接 5 AS Interface 执行传感器接口 12 PROFIBUS 的通用应用行规有哪些的通用应用行规有哪些 1 PROFIsafe 2 PROFIBUS 上的 HART 3 时间标签 4 从站冗余 13 名词解释 名词解释 HART HART 可寻址远程传感器数据公路 通信协议 是为工业过程测量和控制应 用而设计 我们将其称为混合协议是因为它将模拟量和数字量通信相融合 它既支持 4 20mA 模拟信号的单变量通信 也可以将附加信息以数字信号的方式进行通信 MBP 采用位同步 无直流分量的曼彻斯特编码的线路的数据传输协议 本质安全 对于现场总线来讲 在特定的测试条件中产生的火花或热效应不足引起爆炸 就称这个线路是本质安全的 GSD 文件 GSD 文件是一个用于识别不同 PROFIBUS DP PA 设备的文本文件 它使得 DP PA 设备可以被不同厂商的组态工具所识别 14 是否应用现场总线 应该着重考虑的问题有哪些是否应用现场总线 应该着重考虑的问题有哪些 1 现场被控设备是否分散 2 系统对底层设备是否有信息集成要求 3 系统对底层设备是否有较高的远程诊断 故障报警及参数化要求 4 系统对实时性的要求 第五章第五章 1 CAN1 CAN 总线的特点总线的特点 CAN 总线是一种现场总线 优点大概有 稳定可靠 连线简单 就两根线 组网消费低 速度比串口快 能长距离传输等等 缺点就是速度比以太网网速慢 长距离传输更慢 网 络中传输不能像网络的 IP 地址一样可以简单的随意点对点 组播和广播的发送 注意可以 设置发送的帧 ID 和 CAN 设备的验收码来实现 有点儿麻烦和不够灵活 2 2 名词解释 信息路由 位速率 仲裁 位填充 名词解释 信息路由 位速率 仲裁 位填充 信息路由 CAN 的节点不使用任何关于系统结构的信息 位速率 在通信和计算机术语中 比特率 bitrate bit rate data rate R 表示在单 位时间内可以传输多少数据 仲裁 对数据进行比较判断和分析 位填充 总线的一种编码方式 当帧起始 仲裁场 控制场 数据场以及 CRC 序列均通过 位填充的方法编码时 无论何时发送器只要检测到位流里有 5 个连续相同值的位便自动在 位流里插入一补充位 3 掌握掌握 CAN 总线的基本术语与概念总线的基本术语与概念 答 报文 信息路由 位速率 优先权 远程数据请求 多主机 仲裁 安全性 错误标 定和恢复时间 故障界定 连接 单一通道 总线值的表示 应答 休眠模式 唤醒 4 CAN 的分层结构的分层结构 答 数据链路层 逻辑链路 LLC 子层 接受滤波 超载通知 恢复管理 媒体访问控制 MAC 子层 数据封装 拆装 帧编码 填充 解除填充 媒体访问管理 错误检测 出错标定 应答 串行化 解除串行化 物理层 位编码 解码 位定时 同步 驱动器 接收器特性 5 数据帧的组成极其各个部分的含义数据帧的组成极其各个部分的含义 由帧起始 仲裁场 控制场 数据场 CRC 场 应答场和帧结束组成 帧起始 SOF 标志数据帧和远程帧的起始 它仅由一个显性位构成 仲裁场 由标识符和远程发送请求 RTR 组成 控制场 由 6 位组成 包括数据长度码和两个保留位 数据场 由数据帧中被发送的数据组成 CRC 场 包括 CRC 序列 后随 CRC 界定符 应答场 为两位 包括应答间隙和应答界定符 帧结束 每个数据帧和远程帧均由 7 个隐形位组成的标志序列界定 6 远程帧和数据帧的异同点远程帧和数据帧的异同点 相同点 都有帧起始 仲裁场 控制场 CRC 场 应答场和帧结束 不同点 远程帧由 6 个不同分为场组成 数据帧由 7 个不同分为场组成 远程帧的 RTR 位是隐形位 数据帧的 RTR 是显性位 远程帧不存在数据场 数据帧有数据场 远程帧 DLC 的数据值是没有意义的 它可以是 0 8 中的任何 数值 数据帧的 DLC 是有意义的 远程帧通过总线单元发送 以请求发送具有 相同标识符的数据帧 数据帧携带数据由发送器到接收器 7 出错帧 超载帧的界定符是什么 出错帧 超载帧的界定符是什么 超载界定符由 8 个隐性位组成 超载界定符与错误界定符具有相同的形式 发送超载标志 后 站监视总线直接检测到由显性位到隐性位的发送 在此站点上 总线上的每一个站均 完成送出其超载标志 并且所有站一致地开始发送剩余的 7 个隐性位 8 帧间空间 帧间空间 数据帧和远程帧同前面的帧相同 不管是何种帧 数据帧 远程帧 出错帧或超载帧 均 以称为帧间空间的位场分开 相反 在超载帧和出错帧前面没有帧间空间 多个超载帧前 面也不被帧间空间分隔 帧间空间包括间歇场和总线空闲场 对于前面已经发送报文的 错误认可 站还有暂停发 送场 9 CAN 总线中的错误类型 总线中的错误类型 在 CAN 总线中存在 5 种错误类型 它们互相并不排斥 1 位错误 向总线送出一位的某个节点同时也在监视总线 当监视到总线位的电平与送出的 电平不同时 则在该位时刻检测到一个位错误 但是在仲裁区的填充位流期间或应答间隙 送出 2 隐性位而检测到显性位时 不认为是错误位 送出认可错误标注的发送器 在检测到显 性位时也不认为是错误位 3 填充错误 在使用位填充方法进行编码的报文中 出 现了第 6 个连续相同的位电平时 将检 测出一个填 充错误 4 CRC 错误 CRC 序列是由发送器 CRC 计算的结果组 成的 接收器以与发送器相同的方法计算 CRC 如果计算的结果与接收到的 CRC 序列不 同 则检测出一个 CRC 错误 5 形式错误 当固定形式的位区中出现一个或多个非法位时 则检测到一个形式错误 应答错误 在应答间隙 发送器未检测到显性位时 则由它检测出一个应答错误 10 正常位时间的构成 正常位时间的构成 正常位可以分为几个互不叠加的时间段 包括 同步段 传播段 相位传播段 1 相位传播段 2 11 沿相位误差的判断 沿相位误差的判断 若沿处于 SYNC SEG 之内 则 e 0 若处于采样点之前 则 e 0 若处于前一位的采样点之 后 则 e 0 12 显性电平和隐性电平 显性电平和隐性电平 CAN 总线上用 显性 和 隐性 两个互补的逻辑值表示 0 和 1 当在总线上出现同 时发送显性位和隐性位时 其结果是总线数值位显性 即 0 与 1 的结果为 0 13 CAN 控制器在系统中的位置控制器在系统中的位置 书 P197 图 5 16 14 CAN 总线收发器的用途总线收发器的用途 对总线提供差动发送能力 对 CAN 控制器提供差动接受能力 可以在汽车和一般的工业应 用上使用 收发器驱动电路内部具有限流电路 可防止发送输出级对电源 地或负载短路 当结温超过 160 度时 两个发送器输出端极限电流将减小 由于发送器是功耗的主要部分 因而限制了芯片的温升 采用双线差分驱动 有助于抑制汽车等恶劣尾气环境下的顺变干 扰 第六章 第六章 DEVICENET CONTROLNET 现场总线与应用现场总线与应用 DeviceNet 的技术特点 的技术特点 1不必切断网络即可移除节点 2网络上最多可以容纳 64 个节点 每个节点支持的 I O 数量没有限制 3使用密封或开放形式的连接器 4可选的数据通讯速率为 125kbps 250kbps 500kbps 5支持点对点 多主或主从通信 6可带电更换网络节点 在线修改网络配置 7才用 CAN 物理层和数据链路层规约 实用 CAN 规约芯片 得到国际上主要芯片制造商 的支持 8支持选通 轮询 循环 状态变化和应用触发的数据传送 9才用逐位仲裁机制实现按优先级发送信息 10 具有通信错误分级检测机制 通讯故障的自动判别和恢复功能 11 可调整的电源结构 可满足不同的实际情况 每个电源最大容量可达 16A 电源内置 过载保护 供电装置具有互换性 12 既适用于连接低端工业设备又能连接变频器 操作终端这样的复杂设备 13 得到众多制造商的支持 可实现不同厂商同类设备的互换 14 是一种低成本高可靠性的数据网络 具有误接线保护功能 应用层 DeviceNet 的终端电阻 的终端电阻 DeviceNet 要求在每条干线的末端安装终端电阻 电 阻的要求为 121 1 金属膜电阻 1 4W 终端电 阻不可包含在节点中 将终端电阻包含在节点中很容 易使网络由于错误布线 阻抗太高或太低 导致网络 故障 例如 移走含有终端电阻的节点会导致网络故 障 终端电阻只应安装在干线两端 不可安装在支线 末端 3 DeviceNet 波特率 线性类型 拓扑距离的对应关系波特率 线性类型 拓扑距离的对应关系 网络接地问题网络接地问题 D evice Net 应在 一点 接地 多处 接地 会造 成接 地回 路 而网络不接地将增加对静电放电 ESD 和外部噪声源的敏感度 单个接地点应位于电源 分接头处 密封 DeviceNet 电源分接头的设计应有接地装置 接地点也应靠近网络的物理 中心 干线的屏蔽线应通过铜导体接到电源地或 V 铜导体可以为实心体 绳状或编织线 如果网络已经接地 则不要再把电源地或分接头的接地端接地 如果网络有多个电源 则 只需在一个电源处吧屏蔽线接地 接地点应尽可能靠近网络的物理中心 逻辑链路控制 LLC 媒体访问控制 MAC 物理信号层 PLS 媒体访问单元 MAU 传输介质 传输速率 kbps 125 250 500 粗缆干线最大长度 m 500 250 125 细缆干线最大长度 m 100 100 100 最大支线长度 m 6 6 6 支线允许总长 m 156 78 39 5 DeviceNet 的网络参考模型的网络参考模型 DeviceNet 遵循 ISO OSI 标准参考模型 它的网络结构分为 3 层 分别是物理层 数据 链层和应用层 它是建立在 CAN 协议基础之上的 在 CAN 已规定的物理层及数据链路层基 础上又定义了应用层 进一步补充规定了所传送数据的意义 详细图见书详细图见书 P225 6 名词解释 实时性 确定性 重复性 名词解释 实时性 确定性 重复性 CTDMA NUT 实时性 数据传输所花费的时间的多少 确定性 数据传输所花费时间的可预测性的强弱 重复性 增加或减少网络节点 对数据传输所花费的时间的影响及所产生影响的大小 CIP 的主要特点 的主要特点 1基于生产者 消费者的网络模型 基于源 目的地模型 基于生产者 消费者模型 2不同的报文类型 3基于连接的数据通讯方式 4数据触发方式的多样性 状态改变方式 轮询方式 循环方式 选通方式 5通信方式的多样性 多播通信的优势 多播通信的优势 1把同样的报文发给多个节点 如果用点对点方式 要给几个节点要给几个节点发送报 文就需要发送几次 采用多播方式 只需要发送一次 所有的接收节点都可以接受到 因此节约了宽带 提高了通信效率 2在多播通信中 每个节点接收到报文的时间不受接收该报文的节点数多少的影响 增 加或减少接收该报文的节点数也就不会影响节点接收到报文的时间 因此可重复性好 而且增加或减少网络上的节点数不会改变网络负载 3各个报文接收节点接收到报文的时间是相同的 因此可以实现精确的同步 9 CIP 报文的类型报文的类型 答 显式报文 包含解读该报文所需要的信息 用于传输对时间没有苛求的数据 隐式报文 含义在网络配置时确定 用于传输对时间有苛求的数据 10 CIP 所支持的数据触发方式类型及含义所支持的数据触发方式类型及含义 答 1 状态改变方式 它是一种事件触发方式 节点在其所监测的状态发生变化时发送数 据 优点 效率高 缺点 长时间不发送数据 接收节点无法判断状态 可采用状态改变 和循环相结合的方式解决 2 轮询方式 以点对点方式发送轮询命令报文 接到命令的从节点通过轮询响应报文 返回输入数据 状态信息 3 循环方式 每隔一定时间发送一次 I O 数据 根据模拟量变化的快慢设定循环发送 数据的时间间隔 适用于模拟 I O 数据的传输 4 选通方式 主节点发送广播报文 位选通命令报文 选中从节点发送位选通响应 报文 返回输入数据 状态信息 适用于少量 I O 数据的传输 11 CIP 所支持的通信方式所支持的通信方式 答 CIP 协议支持包括主从 多主 对等或 3 种任意模式任意组合的多种通信模式 其特 点如下 1 在主从通信模式中 网络上节点的地位是不平等的 网络由一个主节点和若干个从节 点组成 典型的主从网络是由一台控制器和若干台被控制器控制的设备组成的 2 在对等通信模式中 网络上各个节点的地位是平等的 没有主从之分 3 在多主通信模式中 网络上有多个主节点 12 CIP 对象模型中的必选对象有哪些对象模型中的必选对象有哪些 答 报文路由器对象 网络特有对象 标识对象 I O 连接对象 显示连接对象 13 DeviceNet 的报文分组及优先级判定的报文分组及优先级判定 DeviceNet 的每一个连接由一个 11 位的连接标识符来标识 该 11 位的连接标识符包括了媒 体访问控制标识符和报文标识符 通过对标识符第 9 10 位的定义 DeviceNet 上的信息被 划分为优先级不同的 4 个豹纹组 组 1 组 2 组 3 和组 4 连接标识符属于组 1 的报文的优 先级最高 通常用于发送设备的 I O 的报文 连接标识符属于组 4 的报文的优先级最低 用于设备离线时的通信 14 预定义主从连接的工作过程 预定义主从连接的工作过程 1 主站发送分配预定以主从连接组报文至从站 2 从站接收来自主站的分配请求报文 并成功地回复之后